Distribution of calcareous nannofossils in the Miocene interval of DSDP Hole 94-608 in the north Atlantic (Fig. 1)

DSDP North Atlantic Site 608 yielded an excellent Miocene pelagic section which affords a further opportunity for elucidating the chronology of the calcareous nannofossil succession in the framework of magnetostratigraphic control. Most of the conventional (zonal) markers have been documented for this site and some of the earlier results are confirmed and refined. In addition several unconventional and less known markers have been added. The first two are the highest (last) occurrence of Sphenolithus delphix and Sphenolithus capricornutus at 23.6 Ma, which is immediately above the Oligocene-Miocene boundary as identified by the last occurrence of Reticulofenestra bisecta at 23.7 Ma. The next unconventional datum is the highest (last) occurrence of Ilselithina fusa at 22.8 Ma, which is also the highest (last) occurrence of Helicosphaera recta. Calcidiscus tropicus' lowest (first) occurrence is at 19.5 Ma, which is also the lowest occurrence of Sphenolithus belemnos, and Calcidiscus leptoporus' lowest (first) occurrence coincides with that of Sphenolithus heteromorphus at 18.5 Ma. Sphenolithus dissimilis' highest (last) occurrence is at 18.2 Ma and the Calcidiscus premacintyrei lowest (first) and highest (last) occurrences are, respectively, at 17.7 and 11.7 Ma. Discoaster braarudii occurs from 11.6 to 11.3 Ma and its highest (last) occurrence corresponds to that of Cyclicargolithus floridanus. Minylitha convallis occurs from 9.0 to 6.9 Ma. Within the range of Minylitha, at 8.0 Ma, a major shift occurs in reticulofenestrid placoliths from dominantly large (Reticulofenestra pseudoumbilicus) and medium size (Reticulofenestra minutula) species below to significant numbers of very small species (Dictyococcites productus and Gephyrocapsa) above. This is interpreted to be a major, though perhaps seasonal, change of productivity of the North Atlantic at Site 608. A new genus and species Cryptococcolithus takayamae, is described and a variety, Reticulofenestra pseudoumbilicus var. amplus is identified.

A Kinetic Vlasov Model for Plasma Simulation Using Discontinuous Galerkin Method on Many-Core Architectures

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-03

Comparison of Lagrangian Coherent Structures and Relative Dispersion in a Mixing Layer

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Sviluppo e Applicazione di Metodologie per l'Ottimizzazione di Sistemi Energetici

La riduzione dei consumi di combustibili fossili e lo sviluppo di tecnologie per il risparmio energetico sono una questione di centrale importanza sia per l’industria che per la ricerca, a causa dei drastici effetti che le emissioni di inquinanti antropogenici stanno avendo sull’ambiente. Mentre un crescente numero di normative e regolamenti vengono emessi per far fronte a questi problemi, la necessità di sviluppare tecnologie a basse emissioni sta guidando la ricerca in numerosi settori industriali. Nonostante la realizzazione di fonti energetiche rinnovabili sia vista come la soluzione più promettente nel lungo periodo, un’efficace e completa integrazione di tali tecnologie risulta ad oggi impraticabile, a causa sia di vincoli tecnici che della vastità della quota di energia prodotta, attualmente soddisfatta da fonti fossili, che le tecnologie alternative dovrebbero andare a coprire. L’ottimizzazione della produzione e della gestione energetica d’altra parte, associata allo sviluppo di tecnologie per la riduzione dei consumi energetici, rappresenta una soluzione adeguata al problema, che può al contempo essere integrata all’interno di orizzonti temporali più brevi. L’obiettivo della presente tesi è quello di investigare, sviluppare ed applicare un insieme di strumenti numerici per ottimizzare la progettazione e la gestione di processi energetici che possa essere usato per ottenere una riduzione dei consumi di combustibile ed un’ottimizzazione dell’efficienza energetica. La metodologia sviluppata si appoggia su un approccio basato sulla modellazione numerica dei sistemi, che sfrutta le capacità predittive, derivanti da una rappresentazione matematica dei processi, per sviluppare delle strategie di ottimizzazione degli stessi, a fronte di condizioni di impiego realistiche. Nello sviluppo di queste procedure, particolare enfasi viene data alla necessità di derivare delle corrette strategie di gestione, che tengano conto delle dinamiche degli impianti analizzati, per poter ottenere le migliori prestazioni durante l’effettiva fase operativa. Durante lo sviluppo della tesi il problema dell’ottimizzazione energetica è stato affrontato in riferimento a tre diverse applicazioni tecnologiche. Nella prima di queste è stato considerato un impianto multi-fonte per la soddisfazione della domanda energetica di un edificio ad uso commerciale. Poiché tale sistema utilizza una serie di molteplici tecnologie per la produzione dell’energia termica ed elettrica richiesta dalle utenze, è necessario identificare la corretta strategia di ripartizione dei carichi, in grado di garantire la massima efficienza energetica dell’impianto. Basandosi su un modello semplificato dell’impianto, il problema è stato risolto applicando un algoritmo di Programmazione Dinamica deterministico, e i risultati ottenuti sono stati comparati con quelli derivanti dall’adozione di una più semplice strategia a regole, provando in tal modo i vantaggi connessi all’adozione di una strategia di controllo ottimale. Nella seconda applicazione è stata investigata la progettazione di una soluzione ibrida per il recupero energetico da uno scavatore idraulico. Poiché diversi layout tecnologici per implementare questa soluzione possono essere concepiti e l’introduzione di componenti aggiuntivi necessita di un corretto dimensionamento, è necessario lo sviluppo di una metodologia che permetta di valutare le massime prestazioni ottenibili da ognuna di tali soluzioni alternative. Il confronto fra i diversi layout è stato perciò condotto sulla base delle prestazioni energetiche del macchinario durante un ciclo di scavo standardizzato, stimate grazie all’ausilio di un dettagliato modello dell’impianto. Poiché l’aggiunta di dispositivi per il recupero energetico introduce gradi di libertà addizionali nel sistema, è stato inoltre necessario determinare la strategia di controllo ottimale dei medesimi, al fine di poter valutare le massime prestazioni ottenibili da ciascun layout. Tale problema è stato di nuovo risolto grazie all’ausilio di un algoritmo di Programmazione Dinamica, che sfrutta un modello semplificato del sistema, ideato per lo scopo. Una volta che le prestazioni ottimali per ogni soluzione progettuale sono state determinate, è stato possibile effettuare un equo confronto fra le diverse alternative. Nella terza ed ultima applicazione è stato analizzato un impianto a ciclo Rankine organico (ORC) per il recupero di cascami termici dai gas di scarico di autovetture. Nonostante gli impianti ORC siano potenzialmente in grado di produrre rilevanti incrementi nel risparmio di combustibile di un veicolo, è necessario per il loro corretto funzionamento lo sviluppo di complesse strategie di controllo, che siano in grado di far fronte alla variabilità della fonte di calore per il processo; inoltre, contemporaneamente alla massimizzazione dei risparmi di combustibile, il sistema deve essere mantenuto in condizioni di funzionamento sicure. Per far fronte al problema, un robusto ed efficace modello dell’impianto è stato realizzato, basandosi sulla Moving Boundary Methodology, per la simulazione delle dinamiche di cambio di fase del fluido organico e la stima delle prestazioni dell’impianto. Tale modello è stato in seguito utilizzato per progettare un controllore predittivo (MPC) in grado di stimare i parametri di controllo ottimali per la gestione del sistema durante il funzionamento transitorio. Per la soluzione del corrispondente problema di ottimizzazione dinamica non lineare, un algoritmo basato sulla Particle Swarm Optimization è stato sviluppato. I risultati ottenuti con l’adozione di tale controllore sono stati confrontati con quelli ottenibili da un classico controllore proporzionale integrale (PI), mostrando nuovamente i vantaggi, da un punto di vista energetico, derivanti dall’adozione di una strategia di controllo ottima.

Semi-Smooth Newton Methods for the Time Optimal Control of Nonautonomous Ordinary Differential Equations

AMS Subj. Classification: 49J15, 49M15

Multi-threaded parallel numerical modelling of femtosecond pulse propagation in laser machining

Femtosecond laser microfabrication has emerged over the last decade as a 3D flexible technology in photonics. Numerical simulations provide an important insight into spatial and temporal beam and pulse shaping during the course of extremely intricate nonlinear propagation (see e.g. [1,2]). Electromagnetics of such propagation is typically described in the form of the generalized Non-Linear Schrdinger Equation (NLSE) coupled with Drude model for plasma [3]. In this paper we consider a multi-threaded parallel numerical solution for a specific model which describes femtosecond laser pulse propagation in transparent media [4, 5]. However our approach can be extended to similar models. The numerical code is implemented in NVIDIA Graphics Processing Unit (GPU) which provides an effitient hardware platform for multi-threded computing. We compare the performance of the described below parallel code implementated for GPU using CUDA programming interface [3] with a serial CPU version used in our previous papers [4,5]. © 2011 IEEE.

Sviluppo di una interfaccia per l'integrazione della piattaforma inerziale X-Nucleo con una rete di sensori wireless

Questo elaborato presenta il progetto di una interfaccia per l'aggiunta di sensori inerziali ad un nodo di una WSN (Wireless Sensor Network) �finalizzato al monitoraggio delle frane. Analizzando i vantaggi che avrebbe portato l'utilizzo di ulteriori sensori, si �e cercato di fornire un valido approccio di progettazione; in particolare l'idea �e quella di integrarli con un giroscopio ed un accelerometro aventi applicazioni in altri settori. Con questo particolare utilizzo, essi possono portare ad un miglior monitoraggio riuscendo a rilevare i movimenti in modo dettagliato ed a riconoscere i falsi allarmi. Nell'approccio che si intende suggerire verranno sfruttate schede per la prototipazione rapida, user-friendly e con costi decisamente accessibili, adatte alla sperimentazione elettronica e per lo sviluppo di nuovi dispositivi. Attraverso l'utilizzo di ambienti di sviluppo appositamente creati, si sono simulate le comunicazioni tra nodo e scheda di sensori, mettendo in evidenza i vantaggi ottenuti. Buona parte del progetto ha riguardato la programmazione in linguaggio C/C++, con una particolare attenzione al risparmio energetico.

Analisi della propagazione elettrica nel tessuto cardiaco mediante simulazione numerica implementata su GPU

Il segnale elettrico si propaga nel tessuto cardiaco attraverso gap-junctions che si trovano tra i miociti cardiaci e in ciascuno di essi si avvia un processo chiamato potenziale d'azione (PA). In questa tesi prenderò in considerazione il modello Luo-Rudy 1991 e il difetto oggetto di studio sono le Early Afterdepolarizations (EADs). Si analizzerà la propagazione del potenziale d’azione in un cavo di 300 cellule. Dopo alcune simulazioni preliminari è emersa l’utilità di trovare una soluzione che permettesse di ridurre i tempi di calcolo, il modello è stato quindi implementato in CUDA. Il lavoro è stato sviluppato nei seguenti step: 1) l’impiego dell’ambiente di calcolo MATLAB per implementare il modello, descrivendo ogni cellula attraverso il modello Luo-Rudy 1991 e l’interazione elettrica inter-cellulare, considerando un cavo di 300 cellule; 2) individuazione dei parametri che, adeguatamente modificati, sono in grado di indurre EADs a livello single cell; 3) implementazione del modello in CUDA, creando uno strumento che potrà essere utilizzato per aumentare notevolmente il numero delle simulazioni nell’unità di tempo; 4) messa a punto di un criterio per valutare in modo conciso la bontà (safety factor) della relazione source-sink. L’utilità di un simile criterio è quella di valutare, sia nel caso di propagazione di AP che in quello di eventuale propagazione di EADs, la propensione alla propagazione in un tessuto. Il primo capitolo descriverà il potenziale d’azione, il modello usato e la teoria del cavo. Il secondo capitolo discuterà l’implementazione del modello usato, descriverà CUDA e come il modello sia stato implementato. Il terzo capitolo riguarderà i primi risultati ottenuti dalle simulazioni e come la variazione dei parametri influisce sulla forma delle EADs. L’ultimo capitolo approfondirà i requisiti necessari per far avvenire una propagazione in un cavo.

Analisi dinamica e a regime del convertitore Dickson-Charge-Pump

I circuti di tipo charge-pump trovano vasto impiego nell'elettronica moderna in quanto offrono un metodo semplice e totalmente integrato per elevare le basse tensioni di alimentazione tipiche dei circuiti digitali e trasformarle nelle alimentazioni adatte al pilotaggio di circuti di programmazione delle memorie, al pilotaggio dei mos di potenza, alla generazione della tensione di riferimento dei VCO nei PLL e in numerose altre applicazioni. Questa tesi studia il circuito charge-pump di Dickson nel suo comportamento sia a regime stazionario sia a regime dinamico. Al fine di aumentare l'efficienza è infatti importante attivare il circuito solo all'occorrenza, prestando attenzione al transitorio di accensione. Ogni aspetto teorico viene verificato per mezzo di simulazioni su LTSpice. Si è quindi potuto constatare che un dimensionamento corretto del numero di stadi ottimizza le prestazioni sia statiche che dinamiche sotto il vincolo di una massima occupazione d'area. L'impiego dei circuiti charge-pump si prevede possa essere sempre più diffuso in futuro, visto il trend verso un maggiore livello di integrazione dei sistemi elettronici e la tendenza ad utilizzare tensioni di alimentazione sempre più basse.

Ottimizzazione stocastica di una microrete con tecnologia "vehicle-to-grid"

La presente tesi ha come obiettivo quello di sviluppare un modello per la gestione ottimizzata delle unità di generazione e di accumulo di una microrete elettrica. La tesi analizza, come caso studio di riferimento, una microrete contenente impianti di generazione da fonti rinnovabili, sistemi di accumulo a batteria (BES:Battery Energy System) e stazioni di ricarica per veicoli elettrici. In particolare le stazioni di ricarica sono a flusso bidirezionale, in grado di fornire servizi di tipo "grid-to-vehicle"(G2V) e "vehicle-to-grid" (V2G). Il modello consente di definire, come sistema di dispacciamento centrale, le potenze che le varie risorse distribuite devono erogare o assorbire nella rete nelle 24 ore successive. Il dispacciamento avviene mediante risoluzione di un problema di minimizzazione dei costi operativi e dell'energia prelevata dalla rete esterna. Il problema è stato formulato tramite l'approccio di programmazione stocastica lineare dove i parametri incerti del modello sono modellizzati tramite processi stocastici. L'implementazione del modello è stata effettuata tramite il software AIMMS, un programma di ottimizzazione che prevede al suo interno delle funzionalità specifiche per la programmazione stocastica

Interfaccia utente per assegnamento missioni e monitoraggio di un trattore automatico

Il presente lavoro consiste nella realizzazione di un'interfaccia utente adibita all'assegnamento di missioni e al monitoraggio remoto di un rover agricolo autonomo. Sfruttando l'informatica per la sua implementazione, tale interfaccia trova invece applicazione nel campo dell'automazione e dell'agricoltura di precisione. L'utilizzatore ha perciò la facoltà di muovere il rover in campo aperto e di demandargli missioni specifiche, ricevendo allo stesso tempo un feedback continuo sul suo operato. L'applicativo software comunica quindi in maniera bidirezionale con il veicolo controllato ed è predisposto per sfruttare diversi canali di comunicazione (antenne seriali, pacchetti udp, socket tcp). La scrittura del codice è stata seguita da una serie di prove di comunicazione con il veicolo, effettuate indoor, e infine da alcuni test completi effettuati outdoor, con il rover in movimento.

Sviluppo di un sistema per allocazione e scheduling di applicazioni periodiche

In questa tesi, viene illustrato un metodo risolutivo al problema dell’allocazione e schedulazione, su risorse eterogenee con capacità unaria rinnovabile e cumulativa non rinnovabile, di applicazioni multitask periodiche, con periodi in relazione armonica, strutturate in attività indipendenti o sottoposte a vincoli di precedenza e con durate dipendenti dalla specifica risorsa di allocazione. L’obiettivo è quello di fornire un’implementazione del modello in grado di gestire l’allocazione e la schedulazione di istanze (i.e. insieme di applicazioni) variabili, caratterizzate da una serie di parametri. La struttura implementativa, realizzata secondo la Logic-based Benders decomposition, prevede la suddivisione del problema in due moduli. Il primo in grado di generare un’allocazione e realizzato con tecniche di programmazione lineare intera mista, il secondo con lo scopo di controllare l’ammissibilità di tale allocazione attraverso una schedulazione ottima e realizzato mediante tecniche di programmazione a vincoli. Il meccanismo di comunicazione tra i due moduli avviene mediante vincoli lineari, denominati tagli di Benders, che vengono aggiunti dopo ogni iterazione del sistema. L’efficacia del modello sarà valutata confrontando i risultati ottenuti attraverso una serie di test, con i valori forniti da un metodo di allocazione e schedulazione alternativo.

An Environment for Rapid Derivatives Design and Experimentation

In the highly competitive world of modern finance, new derivatives are continually required to take advantage of changes in financial markets, and to hedge businesses against new risks. The research described in this paper aims to accelerate the development and pricing of new derivatives in two different ways. Firstly, new derivatives can be specified mathematically within a general framework, enabling new mathematical formulae to be specified rather than just new parameter settings. This Generic Pricing Engine (GPE) is expressively powerful enough to specify a wide range of stand¬ard pricing engines. Secondly, the associated price simulation using the Monte Carlo method is accelerated using GPU or multicore hardware. The parallel implementation (in OpenCL) is automatically derived from the mathematical description of the derivative. As a test, for a Basket Option Pricing Engine (BOPE) generated using the GPE, on the largest problem size, an NVidia GPU runs the generated pricing engine at 45 times the speed of a sequential, specific hand-coded implementation of the same BOPE. Thus a user can more rapidly devise, simulate and experiment with new derivatives without actual programming.

The Loop-of-Stencil-Reduce Paradigm

In this paper we advocate the Loop-of-stencil-reduce pattern as a way to simplify the parallel programming of heterogeneous platforms (multicore+GPUs). Loop-of-Stencil-reduce is general enough to subsume map, reduce, map-reduce, stencil, stencil-reduce, and, crucially, their usage in a loop. It transparently targets (by using OpenCL) combinations of CPU cores and GPUs, and it makes it possible to simplify the deployment of a single stencil computation kernel on different GPUs. The paper discusses the implementation of Loop-of-stencil-reduce within the FastFlow parallel framework, considering a simple iterative data-parallel application as running example (Game of Life) and a highly effective parallel filter for visual data restoration to assess performance. Thanks to the high-level design of the Loop-of-stencil-reduce, it was possible to run the filter seamlessly on a multicore machine, on multi-GPUs, and on both.